28 grudnia 2023 (Nanowerk w centrum uwagi!) Niedrogie i bogate w ziemię alternatywy dla drogich katalizatorów z metali szlachetnych pozostają wielkim wyzwaniem dla czołowych producentów przemysłu chemicznego. Katalizatory odgrywają niezastąpioną rolę w zdecydowanej większości przemysłowych procesów chemicznych, przyspieszając szybkość reakcji i umożliwiając ważne przemiany w możliwych warunkach.
Jednak katalizatory o złotym standardzie – platyna i inne rzadkie metale z grupy platynowców – w dalszym ciągu utrudniają powszechne przyjęcie i rozwój w kluczowych sektorach, takich jak paliwa, chemikalia luzem i farmaceutyki, ze względu na ograniczenia dostaw i wygórowane koszty. Ta utrzymująca się potrzeba wzbudziła ostatnio duże zainteresowanie obiecującą nową klasą materiałów, tzw MXen.
W tym artykule omówiono spostrzeżenia i wnioski z artykułu perspektywicznego (Zaawansowane materiały, „MAX, MXene czy MX: czym są i który jest lepszy?”) przez naukowców z National University of Singapore, skupiających się na postępie w dziedzinie MXenes i ich potencjalnym wpływie na sektory katalizy i energetyki.
A) Schematyczna ilustracja struktury od MAX do MXene, a następnie MX; B) Schematyczna ilustracja aktualnych tendencji badawczych w MXenes na podstawie różnych czynników składowych i strukturalnych determinujących wewnętrzne właściwości MXenes; C) Lokalna koordynacja atomowa wokół powierzchni Ti i schemat orbitali Ti-C3 w gołym Ti3C2 i Ti-C3O3 ośmiościany w Ti3C2O2. Czarna linia przerywana przy 0 eV oznacza EF; D) Schematyczna ilustracja porównania miejsca powierzchniowo czynnego w zakończonym MXene i nagim MX. (Przedruk za zgodą Wiley-VCH Verlag) (kliknij obraz, aby powiększyć)
Podróż MXenes rozpoczęła się od zbadania ich potencjału jako katalizatorów, krytycznego elementu w wielu procesach przemysłowych. Światowy rynek chemikaliów, którego wartość w 5 r. wyniesie ponad 2023 bilionów dolarów, w dużym stopniu opiera się na procesach katalitycznych, a szacunkowo 85% produktów chemicznych wykorzystuje katalizę.
Jednakże MXenes okazały się obiecującą alternatywą, oferującą właściwości katalityczne podobne do metali szlachetnych. Ta klasa materiałów, wywodząca się z trawienia warstw aluminium z faz MAX (gdzie „M” oznacza metal przejściowy, „A” oznacza pierwiastek taki jak aluminium, a „X” oznacza węgiel i/lub azot), prezentuje intrygujący i przestrajalną strukturę elektronową, bogate miejsca powierzchniowo czynne i wysoką trwałość termiczną. Te właściwości sprawiają, że MXenes są szczególnie atrakcyjne w różnych zastosowaniach, w tym w magazynowaniu i konwersji energii, czujnikach i, co najważniejsze, w katalizie.
Jednak pięta achillesowa utrudnia zastosowania katalizy MXenes: zakończenia powierzchniowe. MXeny tworzą się spontanicznie podczas trawienia warstwowych prekursorów fazy MAX w wodnych roztworach fluoru. Proces trawienia pozostawia resztkowe grupy funkcyjne, takie jak –OH, –F i –O zakończone na powierzchniach MXenes. Naukowcy wykazali, że zakończenia te znacząco pogarszają aktywność katalityczną MXenes poprzez blokowanie miejsc aktywnych, zmianę struktury pasm elektronowych i podnoszenie barier reakcyjnych.
Skok naprzód: od MAX do MXene do MX
Ewolucja od faz MAX do MXenes i dalej do MXenes bez terminacji (określanych jako MX) jest głównym przedmiotem bieżących badań. Usunięcie zakończeń powierzchniowych w celu stworzenia „gołego” lub pozbawionego zakończeń MXene (MX) drastycznie poprawia przewidywaną wydajność katalityczną. Nagie powierzchnie MX obfitują w całkowicie odsłonięte, nienasycone miejsca z aktywnymi metalami, gotowe do interakcji z adsorbatami. MX wykazuje również przewodność metaliczną i stabilność termiczną do 500°C, co stanowi idealne właściwości dla wysokotemperaturowej katalizy w fazie gazowej. Symulacje oparte na pierwszych zasadach pokazują, że MX silnie chemisorbuje półprodukty i stany przejściowe w reakcjach, w tym CO2 uwodornienie, przemiana wodno-gazowa i synteza amoniaku. Badanie przeprowadzone na początku 2021 roku eksperymentalnie potwierdziło nagie Mo2Doskonały CO firmy C MXene2 kinetyka uwodornienia na Mo2CTx MXene pokrytym terminacją. Niemniej jednak brak skalowalnych protokołów syntezy i obawy dotyczące stabilności MX w wodzie utrudniają dalsze badania nad katalizą. W artykule perspektywicznym wykazano, że te przeszkody są do pokonania. Zakończenia powierzchniowe MXenes ulegają desorbcji w temperaturze powyżej 400°C, co sugeruje, że możliwe jest tworzenie się MX w wysokiej temperaturze. MX powinien również pozostać stabilny w przypadku reakcji w fazie gazowej, takich jak CO2 uwodornienie. Autorzy argumentują, że perspektywy MX w zakresie katalizy heterogenicznej są jasne, zwłaszcza w obliczu przejścia badań od syntez w skali laboratoryjnej do produkcji nadającej się do zastosowań przemysłowych. Unikalne zalety Prime MX do innych zastosowań poza katalizą. W akumulatorach sam MXene silnie oddziałuje z polisiarczkami w porównaniu z funkcjonalizowanym MXene, co zapewnia lepszą wydajność litowo-siarkową. Miejsca z kwasowymi metalami Lewisa mogą również umożliwić MX elektrochemiczną redukcję diazotu do mieux amoniaku niż dotychczas oceniane elektrokatalizatory MXene z blokowaną powierzchnią. Dalsze dostosowywanie poprzez modyfikacje składu, takie jak dodawanie stopów o wysokiej entropii i pojedynczym atomie, mogłoby zapewnić doskonałe właściwości katalityczne. Synergistyczne działanie wielu metali i odkształcenie sieci w MX o wysokiej entropii mogą obniżyć bariery reakcji i energię wiązania. Zakotwiczenie pojedynczych atomów platyny, rutenu lub irydu w MXenes mogłoby również zapewnić wysoce równomierne, maksymalne rozmieszczenie miejsc aktywnych metali szlachetnych. Realizacja tych koncepcji będzie wymagała najpierw rozwiązania dokuczliwych przeszkód w syntezie MX. Zestawiając pojawiające się dowody teoretyczne i eksperymentalne, w przeglądzie przedstawiono przekonujące dowody na niewykorzystany potencjał samych MXenes w katalizie termicznej nowej generacji. Jeśli uda się wyeliminować kluczowe wąskie gardła związane ze skalowaniem produkcji, stabilizacją powierzchni i wydajnością w warunkach rzeczywistych, MXenes może w końcu spełnić swoją obietnicę jako szeroko dostępne, wysokowydajne alternatywy dla katalizatorów. Chociaż droga przed nami pozostaje trudna, szybki postęp w badaniach nad MXene w ciągu ostatniej dekady napawa optymizmem, że te ultracienkie materiały mogą katalizować przełomowe zmiany w przemyśle chemicznym.
– Michael jest autorem trzech książek wydanych przez Royal Society of Chemistry:
Nano-społeczeństwo: przekraczanie granic technologii,
Nanotechnologia: przyszłość jest malutka,
Nanoinżynieria: umiejętności i narzędzia czyniące technologię niewidoczną
copyright ©
Nanowerk spółka z ograniczoną odpowiedzialnością
Zostań autorem gościa Spotlight! Dołącz do naszej dużej i rosnącej grupy współpracownicy gościnni. Czy właśnie opublikowałeś artykuł naukowy lub masz inne ekscytujące odkrycia, którymi chcesz się podzielić ze społecznością nanotechnologiczną? Oto jak publikować na nanowerk.com.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64325.php
- :ma
- :Jest
- :Gdzie
- $W GÓRĘ
- 10
- 19
- 2021
- 2023
- 28
- 31
- 32
- 400
- 500
- 7
- 8
- 9
- a
- O nas
- powyżej
- przyspieszenie
- w poprzek
- aktywny
- zajęcia
- zaadresowany
- Przyjęcie
- postępy
- Zalety
- przed
- dopuszczać
- również
- alternatywny
- alternatywy
- Amoniak
- an
- i
- aplikacje
- SĄ
- argumentować
- na około
- artykuł
- AS
- At
- atom
- atomowy
- atrakcyjny
- autor
- Autorzy
- dostępny
- b
- ZESPÓŁ MUZYCZNY
- bariery
- baterie
- BE
- rozpoczął
- Berger
- Ulepsz Swój
- Poza
- wiążący
- Czarny
- pusty
- bloking
- Książki
- wąskie gardła
- Granice
- przełomy
- Jasny
- Buduje
- by
- nazywa
- CAN
- węgiel
- walizka
- Katalizator
- katalizatory
- katalizować
- Centrum
- wyzwanie
- wyzwanie
- chemiczny
- Procesy chemiczne
- chemikalia
- chemia
- klasa
- kliknij
- społeczność
- w porównaniu
- porównanie
- zniewalający
- składnik
- Koncepcje
- Obawy
- Warunki
- przewodność
- ZATWARDZIAŁY
- kontynuować
- Konwersja
- koordynacja
- Koszty:
- mógłby
- Stwórz
- krytyczny
- Aktualny
- Data
- dekada
- wykazać
- Pochodny
- określaniu
- wydarzenia
- różne
- Dystrybucje
- drastycznie
- z powodu
- trwałość
- Wcześnie
- ruchomości
- Elektroniczny
- element
- wyłonił
- wschodzących
- umożliwiając
- energia
- Poprawia
- powiększać
- szczególnie
- szacunkowa
- EV
- oceniane
- dowód
- ewolucja
- ekscytujący
- eksponaty
- drogi
- eksperymentalny
- eksploracja
- odkrywa
- narażony
- Czynniki
- daleko
- wykonalny
- W końcu
- Ustalenia
- i terminów, a
- Skupiać
- skupienie
- W razie zamówieenia projektu
- czoło
- Nasz formularz
- formacja
- Naprzód
- od
- podsycane
- paliwa
- Spełnić
- w pełni
- funkcjonalny
- dalej
- przyszłość
- gif
- Globalne
- wielki
- Zarządzanie
- Grupy
- Rozwój
- Gość
- Have
- ciężko
- Wysoki
- wysoka wydajność
- wysoko
- W jaki sposób
- How To
- Jednak
- HTTPS
- idealny
- if
- obraz
- Rezultat
- ważny
- ulepszony
- in
- Włącznie z
- indywidualny
- przemysłowy
- przemysł
- tani
- spostrzeżenia
- inspiruje
- interakcji
- współdziała
- odsetki
- intrygancki
- wewnętrzny
- z udziałem
- przystąpić
- podróż
- jpg
- właśnie
- Klawisz
- Brak
- duży
- warstwowy
- nioski
- Skakać
- Chwytak
- lubić
- Ograniczenia
- Linia
- miejscowy
- logo
- niższy
- Większość
- robić
- WYKONUJE
- Dokonywanie
- rynek
- materiały
- max
- Może..
- metal
- Przemysł metalowy
- Michał
- Środkowy
- Modyfikacje
- większość
- wielokrotność
- MX
- Nazwa
- nanotechnologia
- narodowy
- Potrzebować
- Niemniej jednak
- Nowości
- następna generacja
- Szlachetny
- szczególnie
- liczny
- Przeszkody
- of
- oferuje
- on
- ONE
- Optymizm
- or
- Inne
- ludzkiej,
- koniec
- Papier
- szczególnie
- Przeszłość
- ścieżka
- jest gwarancją najlepszej jakości, które mogą dostarczyć Ci Twoje monitory,
- pozwolenie
- perspektywa
- farmaceutyki
- faza
- PHP
- platyna
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- Grać
- możliwy
- potencjał
- Cenny
- Przewiduje
- prezenty
- premia
- wygląda tak
- procesów
- Produkcja
- Produkty
- Postęp
- obietnica
- obiecujący
- niska zabudowa
- horyzont
- protokoły
- publikować
- opublikowany
- wydawca
- Popychanie
- poszukiwanie
- wychowywanie
- szybki
- RZADKO SPOTYKANY
- ceny
- reakcja
- Reakcje
- gotowy
- Prawdziwy świat
- zrealizowanie
- niedawno
- zmniejszyć
- , o którym mowa
- pozostawać
- szczątki
- usuwanie
- reprezentuje
- wymagać
- Badania naukowe
- Badacze
- rozwiązywanie
- przeglądu
- Bogaty
- blokady dróg
- Rola
- królewski
- skalowalny
- powiększanie
- skalowaniem
- naukowy
- Sektory
- czujniki
- Share
- przesunięcie
- powinien
- pokazać
- znaczący
- znacznie
- podobny
- Singapur
- pojedynczy
- witryna internetowa
- Witryny
- umiejętności
- Społeczeństwo
- Rozwiązania
- reflektor
- Stabilność
- stabilny
- stojaki
- Zjednoczone
- przechowywanie
- strongly
- strukturalny
- Struktura
- Struktury
- Badanie
- przełożony
- Dostawa
- Powierzchnia
- synergistyczny
- synteza
- krawiectwo
- Technologia
- niż
- że
- Połączenia
- Przyszłość
- ich
- następnie
- teoretyczny
- termiczny
- Te
- one
- to
- chociaż?
- trzy
- Przez
- A zatem
- Tytuł
- do
- narzędzia
- przemiany
- transformacyjny
- przejście
- przejścia
- Trylion
- dla
- wyjątkowy
- uniwersytet
- nie wykorzystany
- Nowości
- URL
- us
- wyceniane
- różnorodność
- Naprawiono
- Co
- jeśli chodzi o komunikację i motywację
- który
- szeroko
- rozpowszechniony
- będzie
- w
- X
- Wydajność
- ty
- Twój
- zefirnet